互動競技游戲與科普教育的結合

楊炎濤 熊世琛 葛海松

摘 要 在社會高速發展的今天，人們有著越來越豐富的娛樂方式和越來越挑剔的評價標準。如何運用最新的技術手段和設計理念，開發出引人入勝的展項，讓觀眾在體驗之后猶有余味，這是科技館面臨的一大難題。以上海科技館“能源挑戰之旅”展項為例，說明如何將能源和環境知識映射為游戲元素，同時融入多人競技和社交活動，讓觀眾在競爭中游戲，在游戲中思考，潛移默化地認識到能源與環境平衡發展的關系。該展項的設計目標不是讓觀眾學習具體的知識，而是對我們所處的地球產生關切，學會用辯證思維看問題。

關鍵詞 人機交互 能源教育 科普游戲

0 引言

能源是人類生存和文明發展的重要物質基礎，它不僅推動了世界運轉，而且推進了文明進步。能源需求始終與社會發展互相促進。科技決定能源的未來，科技創造未來的能源。當前，新一輪能源技術革命正在全球孕育興起，研究成果不斷涌現，正在并將持續改變世界的能源格局。

上海科技館“能源新天地”展區承載著展示能源發展歷史、傳播能源科普知識、塑造正確能源觀的使命。時代在變化、地球在變化、需求在變化，我們將用新的技術手段和設計理念作為展示載體向觀眾傳播信息。面對枯燥的專業知識，如何才能讓觀眾變“被動吸收”為“主動探索”，正是核心展項設計的出發點。

以“能源挑戰之旅”展項為例，說明如何通過游戲化的方式融入能源知識，讓玩家在參與過程中理解平衡與和諧的精妙。我們在展項設計中依據互動競技的理念，把能源知識的獲取、環保意識的培養，轉化為體能和思維策略的比賽。每場游戲中有6名玩家同時參與，在有限的時間里，盡可能獲得最多的能源分數，并產生最少的環境污染。這兩個核心元素既相輔相成，又彼此制約。玩家在競技的壓迫感之中，不斷地深入思考二者的聯系，并制定相應的游戲策略。

1 理論基礎

1.1 游戲形式演化

人類尋找和開發一種能源，必須考慮幾個方面：來源是否豐富？是否能夠可持續地獲得？開采、轉化和使用是否高效？是否產生環境污染？對人類是否有害？因此，某種能源的應用既受到技術的限制，還涉及經濟成本、能量轉化效率、環境保護、自然氣候、政治話語權等多種因素。

在“能源挑戰之旅”展項中，重點圍繞與能源發展密切相關的兩個方面：能源發展對經濟發展、地球環境的影響，對游戲屬性、數值邏輯進行設定。事實上，能源的開采是一種主動行為。我們借助多媒體將相關能源投射在地面上，并通過體感交互獲取身體數據，以踩踏圖標的形式采集能源，充分賦予玩家在開采策略上的自主性。同時，玩家在開采過程中所取得的分數，以及對地球環境所產生的影響，將以微縮地球的形式進行實時可視化呈現，讓玩家獲得直觀而生動的感受，從而迅速評判游戲策略的優劣并作出調整。

1.2 關鍵屬性提取

在“能源挑戰之旅”展項中，玩家可選擇各自的能源策略，了解日后能源的發展思路及制約因素。主要涉及三類能源：（1）傳統能源包括柴薪、煤炭、石油、天然氣等;（2）可再生能源包括太陽能、風能、水能、生物質能、氫能、地熱能、海洋能等;（3）未來能源包括核聚變、核裂變等有待進一步開發的能源。

如表1所示，將這三種能源類型分別對應游戲中不同顏色的能量容器，并對能源的核心參數進行提取和設定。其中，紅色代表傳統能源，綠色代表可再生能源，黃色代表未來能源。時間值指獲取該能源所需的時間成本，對應該能源的開采難度。能量值對應該能源的能量密度。環境值對應該能源對環境的影響程度。建設值對應開采該能源所需的建設投入。另，能量容器參數設定的依據：（1）數量——用地面圖標的數量多少表示;（2）高效——用參與者踩中圖標后的圖像變化時間表示;（3）安全——用需要耗費的安全點數表示。

此外，基于能量密度、開采價值和開采投入，數值策略如下：傳統能源的能量密度中等，開采速度快，但環境污染大，適合前期少量開采。隨著傳統能源開采的增加，環境影響因子快速拉大，應當進行綠色能源建設，中和原始積累的環境影響。由于未來能源的能量密度高、開采成本大，前期投入建設可有效提升整體分數，而后期投入建設則難以收回建設成本。

1.3 數值模型建立

數值模型是游戲的內在邏輯。如何將玩家的行為結果轉變為游戲分數，有賴于對游戲元素的關系進行合理的數值映射。

能源發展、經濟發展和環境保護之間存在相互制約的關系，在現實情況中是一個復雜的系統。在“能源挑戰之旅”展項中，玩家通過采集能量，會影響三個數值：（1）能源值——玩家通過踩踏地面各種類型的能源，可獲得對應的能源值，收集的速度越快，單位能源值越高，總能源值就越高。（2）環境值——開采不同的能源，會對環境造成不同程度的影響，導致分數降低或升高。玩家要在快速獲取能源值的過程中，盡量減少對環境值的損耗，否則就無法獲得較高的綜合值。（3）綜合值——通過經濟發展分和環境發展分的加權計算得出，代表地球平衡發展的水平。

假設環境值為0～100分，初始數值為70分，平衡點為90分，警戒點為40分，90～100分之間環境值增長非常緩慢，40～90分之間綜合值會受到環境值的劇烈影響。如圖1所示，環境值首先線性映射為0～1之間的數值，接著又映射了一個S曲線，表明對能源值的影響。

2 游戲設計

2.1 體驗流程設計

如圖2所示，“能源挑戰之旅”展項的畫面背景為深邃的藍色空間內不斷流動的多彩粒子。游戲開始前，等待界面介紹了游戲規則。互動游戲共設三關，每關時長為120 s（相同時長容易延伸策略習慣），難度逐漸提高（主要體現在數量的變化和功能的解鎖）。玩家通過踩踏地面產生能量容器，從而獲取能量并消耗生命值。借助墻面的可視化地球，體現對應的經濟發展狀況及環境健康度，用感性的語言喚起玩家對能源的全新認知。游戲結束后，終止界面顯示最終成績和總排名。

由圖3可知，本展項分為“吸引”“互動”“思考”“獲得”四個環節。在具體實現上，充分考慮各年齡段及新手玩家的學習成本，從而降低了游戲的上手難度。

2.2 空間、交互和界面

“能源挑戰之旅”展項的定位是一個競技型交互式多媒體游戲，尤其注重空間環境、交互技術和多媒體內容之間的關系。如圖4所示，墻面高處屏幕作為“游戲排名展示區”顯示游戲進程，吸引來往觀眾參與。墻面中間屏幕作為“玩家數據展示區”，與地面之間進行信息交互，并呈現個人游戲得分進展。地面屏幕采用壓感式LED，作為“玩家互動游戲區”，通過視覺提示引導玩家開展踩踏式互動。

同時，作為一個全身體感游戲，應當兼顧移動視角、感應靈敏度、反應速度等諸多人因特征。如圖5所示，觸點范圍：雙腳踩踏地面的范圍在0.09～0.25 m2之間;運動空間：設定為長3 m、寬1.5 m;可視范圍：以玩家為中心2 m內，減少視覺搜索的時間。

2.3 游戲模型優化

“能源挑戰之旅”展項面向的是非特定用戶，玩家的年齡跨度較大，且大部分人為初次體驗。因此，在游戲細節設計上需要具備可玩性、趣味性和挑戰性，易上手而難精通。

（1）可玩性

如圖6所示，玩家在正式進入游戲之前，將逐步了解游戲的玩法。關卡設計調整：為了形成一致的游戲策略，不能調整數值的關系，只能調整數值的數量。關卡設為功能遞進，第一關數量最少，只能采集;第二關數量增加，可建設少量基站;第三關可自由建設基站。

（2）趣味性

動作游戲：在策略相當的情況下，敏銳的觀察和迅速的反應是成功的關鍵。策略游戲：如果策略是錯誤的，無論動作有多快，都不能取得高分。本展項結合動作游戲和策略游戲的特點，動作游戲是表象，而策略游戲才是內核。

（3）挑戰性

為了在采集能源與保護環境之間達到平衡，我們可采取以下三種策略。

配置策略：三種能源類型必須進行組合搭配，并重視保護環境，減少傳統能源的開采。

時間策略：前期以建設基站為主，后期以開采能源為主，合理分配時間可有效提高整體的采集效率。

空間策略：密集建設基站，減少空置空間，從而避免無效跑動。

2.4 游戲結果及行為映射

基礎框架完成后，通過模擬真實玩家的游戲行為，對游戲結果進行仿真分析和驗證，以評估游戲結果是否反映了典型情況（見表2）。

3 結果與討論

3.1 體驗時長分析

在1：1的環境模擬和樣本測試中，3 min以內，玩家很難弄清游戲玩法。5～6 min，玩家進入狀態，產生“再玩一次”的意愿，有著“下一次會更好”的信心。8～10 min，玩家出現不同程度的疲勞。因此，我們將游戲設為三回合，每回合為120 s，讓玩家漸進式進入游戲狀態，并且三次游戲的結果相對獨立，每次都能重拾樂趣。

3.2 吸引力指數和持續力指數

在模擬測試中，玩家對于運用游戲策略獲得高分有著強烈的興趣，而熟悉策略的過程正是探究“能源”“經濟”“環境”三者內在關系的過程，因此達到了“寓教于樂”的設計初衷。游戲結果中既有必然性，也有偶然性。必然性是合理的策略和快速的動作反應必然取得勝利，而偶然性則是空間組合、時間組合、反應速度等因素導致的結果會在一定范圍內浮動，這種不確定性從某種程度上增強了游戲的神秘感和吸引力，從而拓展了游戲的持續力和生命力。

4 結語

上海科技館“能源新天地”展區的“能源挑戰之旅”展項在娛樂性與知識性的結合上進行了有益的探索。針對展項的設計開發，我們緊抓一點，就是信息的傳達這個抽象化的過程。在科技館中，觀眾往往帶著相對明確的目的，同時也具有一定的群體特征。而互動競技游戲作為一個弱社交載體的存在，則提供了其他游戲所不具備的獨特優勢。在充分考慮展項吞吐量、可維護性的基礎上，兼顧場館功能、觀眾需求，才能真正發揮科普游戲的優勢。

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